Оглавление
(Часть 1) Часть 2 Часть 3

Применение микросхем серии К176

Рассмотренные ранее в журнале [1—3] интегральные микросхемы серии К155 позволяют строить самые разнообразные цифровые устройства с быст­родействием до 10...15 МГц, однако потребляемая ими мощность довольно велика. В ряде случаев, где не нужно такое высокое быстродействие, а, нао­борот, необходима минимальная пот­ребляемая мощность, применяют инте­гральные микросхемы серии К176.

Микросхемы этой серии изготовляют по технологии дополняющих транзисто­ров структуры МОП (металл — оки­сел — полупроводник). Основная осо­бенность и достоинство микросхем — ничтожное потребление тока в статиче­ском режиме, находящееся в пределах 0,1...100мкА. При работе на максималь­ной рабочей частоте 1...2 МГц потреб­ляемая мощность доходит до значений этого параметра микросхем ТТЛ с близким быстродействием, например, серии К134. Номинальное напряжение питания микросхем серии К176 — 9 В ±5 %, однако они сохраняют ра­ботоспособность в интервале питающе­го напряжения от 5 до 12 В. Диапазон рабочих температур — от —10 до +70°С. При напряжении питания 9 В уровень логического 0 — не более 0,3 В, уровень 1 — не менее 8,2 В. Максимальный выходной ток составля­ет единицы миллиампер. Такие пара­метры затрудняют подключение микро­схем серии К176 к микросхемам других серий и индикаторам.

В номенклатуру серии К176 входит свыше 30 микросхем. Из них к комбина­ционным относят логические .элементы, содержащие в своем обозначении буквы ЛЕ (элементы ИЛИ-НЕ), ЛА (элемен­ты И-НЕ). ЛП (сочетание элементов ИЛИ-НЕ или И-ИЕ и инвертора, эле­мент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ), де­шифратор К176ИД1, четырехразрядный полный сумматор К176ИМ1 и некото­рые другие; к последовательностным — интегральные   триггеры   К176ТМ1, К176ТМ2,     К176ТВ1,     счетчики К176ИЕ1 — К176ИЕ18,- сдвигающие регистры К176ИР2 — К176ИР10 и не­которые другие.

Логические элементы И, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, НЕ этой серии работают так же, как и аналогичные элементы серии К155.

Интегральная микросхема К176ИД1 (ее обозначение показано на рис. 1,а) — дешифратор на 10 выходов. Он имеет 4 входа для сигналов в коде 1-2-4-8. Выходной сигнал с уровнем 1 появляет­ся на том выходе дешифратора, номер которого в виде десятичного числа выражает состояние входов в двоичном коде. На остальных выходах дешифра­тора при этом будет уровень 0.

Дешифратор К176ИД1 не имеет спе­циального входа стробирования. При построении дешифраторов с числом выходов более 10 можно использовать для этой цели вход 8, так как сигналы на выходах 0—7 могут появиться лишь при уровне 0 на этом входе. Такой расширенный дешифратор можно соб­рать по схеме на рис. 2.

Микросхема К176ЛП2 (рис. 1,6) — сумматор по модулю 2 или ИСКЛЮ­ЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Логика ее работы полностью совпадает с логикой работы микросхемы К155ЛП5 [З].

Полный четырехразрядный сумматор К176ИМ1 (рис. 1,в) по логике работы соответствует микросхеме К155ИМЗ [З]. На входы А1—А4 подают сигналы в двоичном коде одного из суммируе­мых чисел, на входы В1—В4 — сигналы второго числа (Al, Bl — младшие разряды), а на вход С — сигнал пере­носа с предыдущего разряда. На вы­ходах SI—S4 формируются сигналы, соответствующие коду суммы чисел, а на выходе P — сигнал переноса в сле­дующий разряд. У микросхемы, сумми­рующей только младшие, разряды мно­горазрядных двоичных чисел, вход C соединяют с общим проводом.

Интегральная микросхема К176ЛП1 (рис. 1,г) занимает особое место среди комбинационных микросхем серии К176. В нее входят три полевых транзистора с каналом p-типа и столько же — с ка­налом    n-типа. Соединяя выводы микросхемы, можно получить три от­дельных инвертора (рис. 3.а), инвертор с мощным выходом (рис. 3,б), трехвходовый элемент ИЛИ-НЕ (рис. 3,в), трехвходовый элемент И-НЕ (рис. 3,г), отсутствующий в серии элемент ИЛИ-И-НЕ (рис. 3,д) и мультиплексор с дву­мя входами (рис. 3,е).

Мультиплексор по приведенной схе­ме пропускает сигнал на выход D с входа А при уровне 1 на входе С или с входа В при уровне 0 на входе С. Причем такой мультиплексор обратим, т. е. при тех же условиях сигнал с выхода D проходит на входы А или В,

Пропускаемый сигнал может быть как цифровым, так и аналоговым. Ана­логовый сигнал по амплитуде не дол­жен выходить за допустимые пределы напряжения питания микросхемы. Со­противление между входом и выходом открытого канала мультиплексора со­ставляет 100...200 Ом и зависит от напряжения на входе и разности напря­жений между входом и выходом. Для получения малых нелинейных искаже­ний передаваемого сигнала сопротивле­ние нагрузки должно быть не менее 50...100 кОм.

В серию входят три микросхемы счет­ных триггеров: К176ТВ1, К176ТМ1, К176ТМ2.

Микросхема К176ТВ1 (рис. 1, д) содержит два JK-триггера. Каждый триггер, кроме входов J и K, имеет входы R и S для установки триг­гера в нулевое или единичное состоя­ние соответственно, а также вход C для тактовых импульсов; При подаче уров­ня 1 на вход R триггер устанав­ливается в нулевое состояние, а на вход S — в единичное.

Триггер не переключается при изме­нении сигналов на J и K входах, играют роль лишь их уровни на этих входах во время спада импуль­са отрицательной полярности на входе С. Так, если на входах J и K при­сутствует уровень 1, то каждым спа­дом импульса отрицательной полярно­сти на тактовом входе С триггер переключается в противоположное со­стояние. При уровне 0 на входах J и K состояние триггера импульсами на входе C не изменяется. В случае, если уровень 1 воздействует на вход J, а уровень 0 — на вход K, спад импульса на входе C устанавливает триггер в единичное состояние. Если же на входе J — уровень 0, а на входе K — 1, то спадом импульса на входе С триггер переключается в нуле­вое состояние.

 Интегральная микросхема К176ТМ2 (рис. 1,ж) состоит из двух D-триг-геров. В нулевое и единичное состоя­ния триггеры устанавливаются так же, как и триггеры микросхемы К176ТВ1, при подаче уровней 1 на входы R и S. Спадами тактовых импуль­сов отрицательной полярности на входе С триггеры переключаются в состоя­ние, соответствующее уровню на входе D, аналогично триггерам в микросхе­ме K155TM2.

Микросхема К176ТМ1 отличается от K176TM2 только отсутствием входов S (рис. 1,е).

При построении двоичных счетчиков на микросхемах серии К 176 входы С триггеров подключают к инверсным вы­ходам предыдущих триггеров. Схемы декад на микросхемах К176ТВ1 и К176ТМ2, а также временные диаграм­мы их работы приведены на рис. 4 и 5.

Шестиразрядный двоичный счетчик К176ИЕ1 (рис. 1,з) имеет вход R для установки триггеров счетчика в нулевое состояние (уровнем 1) и вход С для счетных импульсов. Триггеры микросхемы переключаются спадом импульсов отрицательной по­лярности на входе С. В многораз­рядных делителях частоты для пра­вильного порядка переключения триг­геров входы микросхем К176ИЕ1 под­ключают к выходам предыдущих через инверторы.

Пятиразрядный счетчик К176ИЕ2 (рис. 1,и) может работать как двоич­ный счетчик в коде 1-2-4-8-16 при уровне 1 на управляющем входе А или как декада с подключенным к ее выходу триггером при уровне 0 на том же входе. Во втором случае код работы счетчика 1-2-4-8-10, а об­щий коэффициент деления частоты входного сигнала - 20.

На входы CP и CN микросхемы подают тактовые импульсы. Полярность импульсов при подаче на первый из этих входов должна быть поло­жительной (при уровне 1 на входе CN), на второй — отрицательной (при уровне 0 на входе CP). В обоих случаях счетчик переключается спадами импульсов. Триггеры счетчика устанав­ливаются в нулевое состояние при уров­не 1 на входе R. Первые четыре триггера счетчика можно установить в единичное состояние, если подать уровень 1 на входы SI - S8 (при этом на входе R должен быть уро­вень 0).

При уровне 0 на входе А порядок работы триггеров в счетчике иллюстри­рует временная диаграмма на рис. 6. В этом режиме на выходе переноса Р10, представляющем собой выход эле­мента И-НЕ, входы которого подклю­чены к выходам 1 и 8 микросхемы, выделяются импульсы отрицательной полярности. Фронты импульсов совпа­дают со спадом каждого девятого входного импульса, а спады — со спа­дом каждого десятого импульса. С вы­хода переноса импульсы могут быть поданы  на  вход CN следующей микросхемы многоразрядного счетчика.

Интегральные микросхемы К176ИЕЗ, К176ИЕ4 и К176ИЕ5 разработаны специально для работы в электрон­ных часах с семиеегмснтными индика­торами.

Микросхема К176ИЕ4 (рис. 1,л) содержит декаду и преобразователь ее состояний в двоичном коде в сигналы управления семисегментным индикато­ром. Триггеры декады устанавливаются в нулевое состояние при подаче уров­ня 1 на вход R, а переключаются спадом положительных импульсов на входе С.

На выходах a—g микросхемы фор­мируются выходные сигналы, обес­печивающие на семисегментном ин­дикаторе свечение цифр, соответствую­щих состоянию декады. При подаче уровня 0 на управляющий вход S состояние декады определяется уровнями 1 на выходах a—g, а при поступлении уровня 1 — уровнями 0 на тех же выходах. Такое переклю­чение полярности выходных сигналов существенно расширяет область при­менения микросхемы.

На выходе 4 микросхемы после че­тырех входных импульсов возникает уровень 1, который служит для органи­зации сброса счетчика часов, собран­ного на микросхемах К176ИЕЗ и К176ИЕ4, при достижении им состояния 24. Выход P микросхемы -   выход переноса, на котором спад положи­тельного импульса формируется в мо­мент перехода декады из состояния 9 в состояние 0.

Следует помнить, что в паспорте микросхемы и в некоторых справоч­никах обозначение выходов а - g дано для нестандартного расположения сегментов в индикаторах. На рис, 1,л приведено обозначение выходов для стандартного расположения сегментов.

Два варианта подключения к мик­росхеме К176ИЕ4 вакуумных семисегменгных индикаторов иллюстрируют схемы на рис. 7. Напряжение нака­ла выбирают в соответствии с типом используемого индикатора. Подбором напряжения питания в пределах +25... 30 В в устройстве по схеме на рис. 7,а и   -15...20 В в устрой­стве по схеме на рис, 7.б можно изменять яркость свечения сегментов. Транзисторы в устройстве по схеме на рис. 7.б могут быть любыми кремниевыми структуры p-n-p с обрат­ным током коллекторного перехода, не превышающим 1 мкА при напряжении 25 В. Если этот ток больше ука­занного значения, то между анодами и одним из выводов накала инди­катора необходимо включить резисто­ры сопротивлением 30...60 кОм. То же делают при использовании германиевых транзисторов.

На рис. 8 и показаны схемы подклю­чения к микросхеме К176ИЕ4 полу­проводниковых индикаторов с общим катодом (рис, 8,а) и с общим ано­дом (рис. 8,б). Подбором резисторов R1 - R7 (в пределах 100...360 Ом) устанавливают необходимый ток через сегменты индикатора.

Светодиодные индикаторы, обеспечи­вающие достаточную яркость свечения при малых токах через сегменты (до 5 мА), можно подключить к микро­схеме непосредственно.

По схеме на рис. 8,6, исключив резисторы R1—R7, можно подключить и накальные индикаторы. При этом напряжение питания индикаторов необ­ходимо увеличить примерно на I В про­тив номинального для компенсации падения напряжения на транзисторах, Это напряжение может быть как по­стоянным, так и пульсирующим.

Интегральная микросхема К176ИЕЗ (рис. 1,к) отличается от К176ИЕ4 тем, что ее счетчик имеет коэффици­ент пересчета 6, а уровень 1 на вы­ходе 2 появляется при установке счет­чика в состояние 2.

Микросхема К176ИЕ5 (рис. 1,м) содержит каскады для работы в квар­цевом генераторе с внешним резона­тором на частоту 32 768 Гц и пятнад­цатиразрядный двоичный делитель ча­стоты. Вариант включения микросхемы показан на рис. 9. Выходной сигнал кварцевого генератора можно контро­лировать на выходах  K и К. Сиг­нал частотой 32 768 Гц поступает на вход девятиразрядного двоичного делителя частоты. С его выхода 9 сигнал частотой 64 Гц может быть подан на вход 10 шестиразрядного делителя. На выходе 14 пятого разряда этого делителя формируются импульсы часто­той 2 Гц, а на выходе 15 шесто­го разряда — 1 Гц.

Вход  R микросхемы служит для установки исходной фазы колебаний на выходах микросхемы. При подаче на вход R уровня 1 на выходах 9, 14, 15 возникает уровень 0, а после снятия установочного уровня появляются сиг­налы соответствующей частоты, причем спад первого импульса положитель­ной полярности на выходе 15 возника­ет через 1 с.

Конденсаторы C1 и C2 служат для точной установки частоты кварцевого генератора. Емкость первого из них может находиться в пределах от еди­ниц до ста пикофарад, емкость второ­го — в интервале 30.. .100 пФ. При увеличении емкости конденсаторов ча­стота генерации уменьшается. Точно устанавливать частоту удобнее подстроечными конденсаторами, подключен­ными параллельно конденсаторам C1 и C2: первым из них частоту регули­руют грубо, вторым - точно.

  Микросхемы К176ИР2, К176ИРЗ, К176ИР10 — сдвигающие регистры. Микросхема К176ИР2 (рис. 1,н) содер­жит две одинаковые независимые сек­ции по четыре разряда. Каждая секция имеет вход R для установки триг­геров в нулевое состояние при подаче уровня 1. По спадам импульсов от­рицательной полярности на входе C в регистр записывается информация с входа D в первый разряд регистра, сдвигая записанную ранее информацию в сторону возрастания номеров выхо­дов. При построении сдвигающего ре­гистра с большим числом разрядов вход D одного регистра микросхемы соединяют с выходом 4 предыдущего и объединяют входы С, а также входы R.

Четырехразрядный сдвигающий ре­гистр К176ИРЗ (рис. 1,о) по своим возможностям и назначению выводов соответствует микросхеме К155ИР1. Информация в первый разряд записы­вается через вход D0 и одновременно сдвигается в регистре спадами импуль­сов отрицательной полярности, пода­ваемых на вход C1, при уровне 0 на входе S. Через входы D1—D4 инфор­мация записывается параллельно при воздействии спадов импульсов отрица­тельной полярности на входе C2 и уровне 1 на входе S. При объеди­нении входов C1 и C2 режим сдвига пли записи выбирают, управляя входом S (при уровне 0 на входе — сдвиг, при уровне 1 — запись). Если объеди­нить входы C1 и S. специального сигнала управления не требуется.

Соединение входов D1—D3 соответ­ственно с выходами 2—4 превращает микросхему К176ИРЗ в реверсивный сдвигающий регистр.

Восемнадцати разрядный   сдвигаю­щий регистр К176ИР10 (рис. 1,п) разделен на четыре секции с общим входом C для подачи тактовых импуль­сов. Первая секция (вход D1)—че­тырехразрядная, имеет выход только в последнем разряде, вторая (вход D5)— пятиразрядная с выходами в четвертом (8) и пятом разрядах (9). Третья секция с входом D10 (вы­ход 13) аналогична первой, а четвер­тая с D14 (выходы 17 и 18) — второй. Информация записывается че­рез входы D1, D5, D10 и D14 с одновременным сдвигом в регистре спадами тактовых импульсов положи­тельной полярности на входе С. Осо­бенности построения триггеров в микро­схеме требуют, чтобы длительность тактовых импульсов не превышала 30 мкс.

Предельная частота следования так­товых импульсов для    микросхем К176ТМ1,    К176ТМ2,    К176ИЕ1, К176ИЕЗ. К176ИЕ4 — не более 1 МГц а для К176ТВ1, К176ИЕ2, К176ИР2, 176ИР10 — не более 2 МГц.

Микросхемы К176ЛП1, К176ТМ1, К176ТМ2, К176ИЕ1, К176ИЕЗ — К176ИЕ5,    К176ИРЗ,    К176ИР10, К176ЛП2 оформлены в корпусах с 14 выводами. Напряжение питания этих микросхем подают на вывод 14, а вывод 7 соединяют с общим приводом. Микро­схемы К176ТВ1, К176ИЕ2, К176ИР2, К176ИД1, К176ИМ1 имеют по 16 выводов. Напряжение питания подводят к выводу 16, а вывод 8 подклю­чают к общему проводу.

При подключении микросхем серии К 176 ни один из их входов не должен быть свободным, даже если какой-либо элемент в микросхеме не использован. Эти входы должны быть или соединены с используемыми вхо­дами того же элемента, или подклю­чены к проводнику питания или обще­му проводу в соответствии с логи­кой работы микросхемы (см., например, рис. 4.а и 5,а). Напряжение питания в устройстве, выполненном на микро­схемах серии К176, необходимо вклю­чать до подачи входных сигналов.

Особое внимание следует обратить на монтаж устройств с микросхемами К176. Перед установкой микросхем на печатную плату необходимо соединить проводник питания на ней с общим проводом через резистор сопротивле­нием 1...2 кОм. Снять его можно лишь после налаживания устройства. Если в цепи питания устройства вклю­чен стабилитрон, то резистор устанав­ливать не нужно.

Если микросхема лежит в металли­ческой коробке или ее выводы обер­нуты в фольгу, то прежде, чем взять микросхему, следует дотронуться до коробки или фольги.

Чтобы исключить случайный пробой микросхемы статическим электричест­вом, потенциалы платы, паяльника и тела монтажника должны быть оди­наковы. Для этого на ручку паяль­ника наматывают несколько витков неизолированного провода или укреп­ляют на ней жестяную пластину и соединяют (провод или пластину) через резистор сопротивлением 100...200 кОм со всеми металлическими частями паяльника (в том числе и с жалом). При монтаже свободной рукой следует держаться за проводник питания монти­руемой платы.

 

Продолжение

С. АЛЕКСЕЕВ

г. Москвы

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С. Применение микросхем се­рии К155. - Радио. 1977, № 10. с. 39—41.

2. Алексеев С. Применение микросхем серии К155. - Радио, 1978, № 5. с. 37, 38.

3. Алексеев С. Применение микросхем серии K155.- Радии, 1982, № 2, с. 30—34.